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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Siebzylinder, der insbesondere zum Sieben, Filtern, Fraktionieren oder Trennen von Zellulosepulpe oder Fasersuspensionen der Pulpe- und Papierindustrie, oder anderer ähnlicher Suspensionen geeignet ist. Die vorliegende Erfindung betrifft im Spezielleren Siebeinrichtungen, die eine Vielzahl von Siebdrähten umfassen, die axial und mit einem kleinen Zwischenraum parallel zueinander angeordnet sind. Die Vielzahl von Siebdrähten bildet eine Siebfläche, die der zu siebenden Pulpe oder Fasersuspension zugewandt ist, wobei benachbarte Drähte zwischen sich Sieböffnungen formen, die es einem akzeptierten Teiles der Pulpe oder Fasersuspension ermöglichen, dort hindurch zu strömen.
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Hintergrund der Erfindung
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Manche der ersten auf dem Markt erschienenen Drahtsiebe hatten eine glatte Oberfläche, welche von zur Filtration verwendeten Sieben adaptiert worden war. Die einzelnen Drähte hatten eine im Wesentlichen dreieckige Form, wobei eine Seite der im Wesentlichen dreieckigen Drähte die Oberfläche ausbildete, welche der zu siebenden Pulpensuspension zugewandt war. Ein sehr wesentliches aus der Verwendung glatter Zylinder resultierendes Problem war, dass die Siebkapazität sehr gering war, wobei das Sieb einen sehr hohen hydraulischen Widerstand vorwies und die Sieböffnungen sich schnell mit Pulpefasern füllten. Dieses Problem wurde durch die Entwicklung konturierter Sieboberflächen gelöst. Die Konturen liegen umfänglich vor und können durch Neigen der Siebdrähte geschaffen werden. Alternativ können die Seiten der im Wesentlichen dreieckigen Drähte, welche der zu siebenden Pulpensuspension zugewandt sind, eine komplexere, unebene Form aufweisen, um die Kontur zu erzeugen, wie im
US-Patent 5,255,790 beschrieben wird. Bei anderen alternativen Siebkonfigurationen wurden sowohl komplexere Drahtformen als auch Neigungen verwendet.
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Die Konturen können bezüglich der zwischen benachbarten Drähten ausgebildeten Sieböffnungen umfänglich symmetrisch sein. Das Problem mit symmetrischen Konturen ist, dass der Strom der Pulpensuspension, welchem die Kontur ausgesetzt ist, hochgradig unsymmetrisch ist. Typischerweise ist auf der der zu siebenden Pulpensuspension zugewandten Seite des Zylinders ein Rotor, obwohl in manchen Fällen der Zylinder relativ zu stationären Strukturen gedreht wird, um einen ähnlichen Effekt zu erzielen, wie durch das Bewegen eines Rotors angrenzend zu einem stationären Zylinder. Im geläufigsten Fall eines sich bewegenden Rotors und eines stationären Zylinders ruft der Rotor eine umfängliche Bewegung in der Pulpensuspension hervor, wobei dieser Strom mehr oder weniger parallel zur Oberfläche des Zylinders verläuft. Ein kleiner Teil dieses hauptsächlich umfänglichen Stromes dreht seine Richtung und tritt mehr oder weniger radial durch jede der Öffnungen im Siebzylinder hindurch. Eine unsymmetrische Konturenform löst das Problem eines unsymmetrischen Stromes und insbesondere eines Stromes, der sehr unterschiedliche Strömungsmuster an der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seite der Öffnung aufweist, da die Eigenschaft und Gestaltungsziele des auftreffenden Stromes etwas anders sind als des abströmenden Stromes.
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Die am Eingang zu jeder Sieböffnung ausgebildete Kontur erfüllt eine oder mehrere der folgenden Funktionen: Erstens kann die Kontur den Strom glätten, der von der hauptsächlich umfänglichen Strömung eindreht und radial durch die Öffnung hindurchtritt, und so eine Bildung von Wirbeln innerhalb der Öffnung vermeiden hilft, die ansonsten den hydraulischen Widerstand erhöhen und die Kapazität beschränken könnten. Zweitens kann die Kontur Turbulenzen an der Oberfläche des Siebzylinders hervorrufen, um schwach gebundene Flocken oder Fasern aufzubrechen, welche sich der Öffnung nähern, oder auch lose Ansammlungen von Fasern innerhalb der Öffnung. Zuletzt kann die Kontur die Bildung einer lokalen Strömungsgabelung am Eingang der Öffnung vermeiden helfen, welche dazu führen kann, dass sich Fasern festsetzen und anhäufen.
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Verschiedene Draht- und Konturformen wurden mit dem Ziel vorgeschlagen, eine optimale Gestaltung zu schaffen. Eine geläufige Kontur ist unsymmetrisch mit einer sachten Neigung angrenzend zur stromabwärtigen Seite der Öffnung und einer plötzlichen Stufe auf der stromaufwärtigen Seite der Öffnung. Die einzelnen Merkmale an den stromaufwärtigen und stormabwärtigen Seiten der Öffnung wurden in Anbetracht der starken umfänglichen Strömung entwickelt, die durch den Rotor hervorgerufen werden.
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Die
DE-U1-9108129.7 setzt sich als ein beispielhaftes, eine Anzahl von unterschiedlichen Querschnitten für die Siebstäbe oder -drähte offenbarendes Dokument mit einem Keildraht-Siebzylinder zum Sortieren von Fasersuspensionen auseinander. Der grundlegende Ansatz ist, dass der Siebzylinder aus identischen Drähten gebildet ist, die ein geformtes, sich bis zu einem konstanten Radius von der Zylinderachse erstreckendes Ende aufweisen. Dieses Dokument lehrt mehrere Möglichkeiten für die Endenformen der Drähte, einschließlich einer abgeschrägten, der zu siebenden Fasersuspension zugewandten Oberfläche, d. h. weg von den Halteringen, welche die identischen Drähte zu einem Siebzylinder zusammenfassen. Aus der deutschen Druckschrift ist es bekannt, dass unregelmäßige Endflächen der Drähte an ihren geformten Enden bekannt sind, d. h., dass Oberflächen, die nicht parallel zum Umfang des Siebzylinders verlaufen, die Siebkapazität und -qualität durch Bildung von Kleinstturbulenzen auf der Sieboberfläche verbessern. Es wird im Dokument beispielsweise gelehrt, dass Drähte mit abgeschrägt geformten Endflächen Seite an Seite angeordnet sein können, entweder so, dass jeder Draht seine geformte Endoberfläche in dieselbe Richtung geneigt hat, oder dass an einem Punkt des Umfangs des Siebzylinders eine Anzahl von Drähten gedreht wurde, so dass ihre geformte Endoberfläche, verglichen mit einer Anzahl von vorausgehenden Drähten, in einer Gegenrichtung abgeschrägt sind, oder so dass benachbarte Drähte ihre geformte Endoberflächen in entgegengesetzten Richtungen abgeschrägt haben. Tatsächlich führt das Drehen jedes zweiten Drahtes eines Siebzylinders, so dass ihre geformten Endoberflächen, verglichen mit den geformten Endoberflächen des Rests der Drähte, in entgegengesetzten Richtungen abgeschrägt sind, zu milderen oder schwächeren Turbulenzen führt, als wenn alle geformten Endoberflächen in der gleichen Richtung abgeschrägt wären. In jedem Fall sind, da der Radius der geformten Endoberflächen aller Drähte des Siebzylinders konstant ist, und die Drähte identisch sind, die Chancen zur Beeinflussung der Stärke der Turbulenzen beschränkt.
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Ein sogar bei optimierter Drahtform und somit einer optimierten, unsymmetrischen Konturform auftretendes Problem ist, dass die Faserlängenverteilung der Pulpensuspension variieren kann, in Abhängigkeit solcher Faktoren wie etwa der Art des ursprünglichen Holzes, von welchem die Pulpe stammt, die Mittel zum Reduzieren des Holzes zu Fasern und die darauffolgende Verarbeitung der Fasern. Die Faserlängenverteilung kann sogar innerhalb eines mehrstufigen Siebsystems abweichen, da die Faserfraktionierung innerhalb einer Siebstufe die Faserlängenverteilung für nachfolgende Siebstufen ändert. Das Problem des Vorliegens unterschiedlicher Faserlängenverteilungen in unterschiedlichen Siebanwendungen wurde dadurch gelöst, indem man ein Sortiment von Drahtbreiten für eine spezielle Form des Gesamtquerschnitts des Drahtes bereitstellt. Unterschiedliche Drahtbreiten können so in unterschiedlichen Zylindern unter Berücksichtigung der speziellen Faserlängenverteilung in der zu siebenden Pulpe eingesetzt werden.
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Ein weiteres, sogar bei optimierten unsymmetrischen Konturformen auftretendes Problem ist, dass manche Walzwerkeinsätze einen besonderen Bedarf an erhöhter Siebkapazität haben, während andere Walzwerkeinsätze einen besonderen Bedarf an erhöhter Trümmerbeseitigung oder einem erhöhten Ausmaß an Faserfraktionierung haben. Eine Veränderung der Größe der Öffnung könnte dazu benutzt werden, diesen Zielkonflikt in der Leistung bereitzustellen, aber Walzwerkanwendungen können eine spezielle Öffnungsgröße vorschreiben, um ein gewisses Ausmaß an Trümmerbeseitigung sicherzustellen, besonders um einen Schutz gegen das Hindurchtreten von Trümmern bereitzustellen, die größer sind als die vorgeschriebene Öffnungsgröße. Eine Lösung dieses Problems wird dadurch erzielt, indem unterschiedliche Konturtiefen für unterschiedliche Siebzylinder bereitgestellt werden. Eine tiefere Kontur stellt im Allgemeinen eine erhöhte Kapazität bereit, während eine flachere Kontur im Allgemeinen eine erhöhte Effizienz bei der Trümmerbeseitigung und einen höheren Grad an Faserfraktionierung bereitstellt. Veränderungen in der Konturtiefe kann durch geringfügiges Neigen der Drähte erreicht werden, oder durch Ändern des Querschnitts der Drahtform unter Beibehaltung der gesamten Konturgestaltung, oder durch beides.
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Ein noch anderes Problem existiert bei groben Sieben und anderen Pulpesiebanwendungen, wo die eintreffende Pulpe gekennzeichnet ist durch: einen sehr hohen Grad an Verunreinigungen, abrasiven Verunreinigungen, relativ großen und oftmals faserigen Verunreinigungen, Pulpeflocken genannten Verunreinigungen, welche durch stark aneinander gebundene Pulpefasern gebildet sind, oder am häufigsten eine Kombination aus diesen problematischen Pulpebestandteilen. Solche Pulpesuspensionen können beispielsweise gebildet werden aus alten, recycelten Pulpefaserstoffen, wie etwa alten Wellpappe Kartons, die nur einen vorbereitenden Behandlungsgrad erfahren haben, und wo nur ein minimaler Anteil an Verunreinigungen entfernt wurde. Die großen Verunreinigungen in dieser Suspension können sich innerhalb der Siebzylinderöffnungen einklemmen und benötigen einen wesentlich höheren Grad und Maßstab an Turbulenz, als durch die vorgenannten Zylinderkonturen zur Verfügung gestellt wird. Die Pulpeflocken können durch das Pulpesieb als Verunreinigungen zurückgehalten werden, was wiederum zu einem Verlust potenziell guter Fasern führt. Zusätzlich können sich die großen und faserigen Verunreinigungen zu sehr großen Massen anhäufen und sich zwischen dem Siebzylinder und dem Rotor einklemmen.
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Eine Lösung für dieses Problem wurde darin gefunden, indem der der zu siebenden Pulpensuspension zugewandten Oberfläche des Siebzylinders Stäbe hinzugefügt werden. Die Stäbe erstrecken sich typischerweise über die gesamte Länge des Zylinders und sind entweder parallel zur Zylinderachse und somit parallel zu den Siebdrähten ausgerichtet, oder in einem relativ kleinen Winkel zur Zylinderachse. Die Anzahl der Stäbe ist um ein Vielfaches geringer als die der Zylinderdrähte. Die Stäbe bewirken, dass ein viel tieferes Oberflächenmerkmal erzeugt wird als mit den Konturen, die in der Vielzahl von Siebzylinderdrähten zu finden sind. Im Unterschied zu den Drahtkonturen sind die Stäbe nicht dazu gedacht, den in und durch die Öffnungen strömenden Strom zu glätten, oder um Kleinstturbulenzen zu erzeugen, aber sind stattdessen dazu gedacht, einen etwas unterschiedlichen und im Wesentlichen aggressiveren mechanische Reaktion zu erzeugen. Die Stäbe erzeugen Großturbulenzen, Scherkräfte und Partikeleinschläge, und stellen so eine unterschiedliche und ergänzende Funktion zu der Funktion der Drahtkonturen bereit.
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Insbesondere sind die Stäbe dazu gedacht, folgendes zu tun: Erstens können die Stäbe großformatige Großturbulenzen bereitstellen, was die Siebzylinderkapazität erhöht und Verstopfungen der Zylinderöffnungen verhindert. Zweitens können die Stäbe auf Pulpeflocken durch Einschläge und Fluidscherungen einwirken, um die Flocken aufzubrechen und aus den Flocken verwertbare Fasern zu erzeugen, die ansonsten als Trümmer zurückgehalten werden würden. Drittens können die Stäbe bei der Vermeidung von Anlagerungen von Plastikfasern und anderen großen Trümmern helfen, welche innerhalb von Pulpesieben hängenblieben können, die hochgradig verunreinigte Pulpesuspensionen verarbeiten. Schließlich können die Stäbe die Pulpesuspension und besonders die abrasiven Verunreinigungen in der Suspension abbremsen, um den Verschleiß an den Siebkonturen zu verringern.
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Die Stäbe haben typischerweise einen rechteckigen Querschnitt. Sie können in Zylindern eingesetzt werden, die aus einer Vielzahl von Drähten gefertigt sind, entweder durch Anbringen der Stäbe an der Oberfläche der Drähte, welche der zu siebenden Pulpe zugewandt ist, oder durch Installieren der Stäbe auf Drähten, welche zur Aufnahme der Stäbe modifiziert wurden, oder anstelle von bestimmten Drähten, wie in der
US 5,472,095 beschrieben wird. Der geläufigste Ansatz ist jedoch das Installieren der Stäbe durch Anschweißen an die Oberfläche der Drähte, die der zu siebenden Pulpe zugewandt ist, wobei entweder eine Kehlnaht oder eine Stichnaht entlang der Seiten des Stabes eingesetzt wird, welche mehr oder weniger axial verlaufen.
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Allerdings gibt es bei diesem Ansatz einige Probleme: Erstens ist der Schweißvorgang ein zusätzlicher und zeitraubender Fertigungsschritt. Zweitens können die beim Schweißen verwendeten hohen Temperaturen Verzüge in den benachbarten Drähten hervorrufen, die allerdings sehr gerade verlaufen müssen, um sicherzustellen, dass die Abmaße der Öffnungen maßhaltig und genau sind. Drittens können Kehlnähte die zum Stab benachbarten Öffnungen blockieren und zu einem Verlust von Öffnungsfläche des Siebzylinders und der Siebkapazität führen. Viertens können die Stäbe ihrerseits ziemlich breit sein und reduzieren daher zusätzlich die Öffnungsfläche und Siebkapazität des Zylinders.
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Anstelle von Stäben könnte man die Verwendung einer Anordnung von Drähten mit unterschiedlichen Querschnittsformen innerhalb eines speziellen Siebzylinders in Betracht ziehen, wie dies beispielsweise in der
US 4,846,971 und der
US 6,131,743 gezeigt wurde. Solche Anordnungen können einen Draht mit einer Querschnittshöhe beinhalten, die größer ist als die der anderen Drähte und die, verglichen mit manchen der benachbarten Drähte, eine merklich tiefere Kontur erzeugt, oder sogar einen Draht beinhalten, mit einem großen, rechteckigen Kopf, der die Form eines Stabes hat.
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Die
WO-A1-03102297 kann als weiteres, detailliertes Beispiel eines Zylinders angesehen werden, der zwei unterschiedliche Drähte zur Bildung der Oberfläche umfasst. Die WO-Druckschrift setzt sich mit einem Siebkorb auseinander, bei dem der Siebzylinder aus einer Vielzahl von ersten Stäben mit einem geformten Ende und einer Vielzahl von zweiten Stäben mit einem geformten Ende gebildet ist. Die Sieboberfläche wird aus den ersten und den zweiten Stäben gebildet, so dass beispielsweise nach fünf benachbarten ersten Stäben ein zweiter Stab vorgesehen ist, dann fünf erste Stäbe und ein zweiter Stab usw.. Die geformten Enden der ersten Stäbe des Siebzylinders haben einen ersten Radius und die geformten Enden der zweiten Stäbe haben einen zweiten Radius. Der erste Radius ist in einem Abfluss-Siebzylinder größer als der zweite Radius. Mit anderen Worten erstrecken sich die geformten Enden der zweiten Stäbe weiter von Tragringen für sowohl die ersten als auch die zweiten Stäbe weg, wobei die Ringe sowohl die ersten als auch die zweiten Stäbe an ihren Enden tragen, die deren geformte Enden gegenüberliegen. Sowohl die ersten als auch die zweiten Stäbe haben Oberflächen, die in der gleichen Richtung abgeschrägt sind. Die Grundidee beim Vorsehen des Siebzylinders mit den zweiten Stäben mit ihren sich in einem geringeren Radius erstreckenden Enden als die geformten Enden der ersten Stäbe ist es, abrasive feste Partikel davon abzuhalten, die geformten Enden der ersten Stäbe zu verschleißen, bis die geformten Enden der zweiten Stäbe erheblich verschlissen sind. Allerdings ist, da es die Funktion der geformten Enden der zweiten Stäbe, die sich weiter in den Siebhohlraum erstrecken, als die ersten Drähte, ist, zu verschleißen und dadurch die geformten Enden der ersten Drähte vor Verschleiß zu schützen, die Erstreckung der geformten Enden der zweiten Drähte über den geformten Enden der ersten Drähte (Radius
11a – Radius
10a in
4 der WO-Druckschrift) gemäß der Zeichnungen der WO-Druckschrift in der Größenordnung der Breite des Siebschlitzes oder sogar weniger, d. h. gewöhnlicherweise zwischen etwa 0,2 und 0,7 mm. Mit anderen Worten lehrt die WO-Druckschrift, dass, um die geformten Enden der ersten Drähte zu schützen, die zweiten Drähte nicht wesentlich höher sein müssen, aber ein vorteilhaft geformtes Ende haben, um die abrasiven Partikel auf eine Bahn oberhalb der ersten Drähte zu leiten. So ist die sanft abgeschrägte vordere Oberfläche der geformten Enden der zweiten Drähte entscheidend für die Funktion des Siebkorbs der WO-Druckschrift, d. h. für die Unterstützung beim Vorbringen der abrasiven Partikel auf eine solche Bahn, welche die stromabwärts liegenden ersten Drähte passiert, ohne diese zu verschleißen. Darüber hinaus hat das geformte Ende des zweiten Drahtes eine abgekantete Hinterfläche, um die Turbulenz vor der Sieböffnung oder dem Siebschlitz zu steuern.
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Allerdings haben durchgeführte Experimente gezeigt, dass die einfache Verwendung schrittweise größerer Formen der Drähte, und, beispielsweise tieferer Konturen, nicht zu den gewünschten Ergebnissen führt, welche die Verbesserung der Kapazität, das effiziente Aufbrechen von Faserflocken, das Erreichen einer effizienten Trümmerbeseitigung und der Sicherstellung eines verlässlichen Betriebs in Gegenwart faseriger Verunreinigungen sind. Das Problem mit der einfachen Verwendung von stufenweise tieferen Konturen zum Begegnen der Probleme der Grobsiebung und ähnlichen Siebprozessen ist, dass bei Siebdrähten die Konturtiefe lediglich die relative Stärke der mit diesen Konturen verbundenen Reaktionen verändert, so dass man alternativ entweder einer höheren Kapazität oder einem höheren Grad an Trümmerbeseitigung nachsuchen kann. In Grobsieb- und ähnlichen Siebprozessen benötigt man normalerweise eine grundlegendere Änderung im Siebprozess, um die zuvor erwähnten Großturbulenzen, Scherkräfte und Partikeleinschläge zu erzeugen.
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Zusätzlich haben verschiedene Drahtformen, welche als Ersatz für die Stäbe in Betracht kommen könnten, nicht die optimale Form für die beabsichtigten Maßnahmen. Diese Stab-Drahtformen weisen üblicherweise symmetrische Oberflächeneigenschaften auf, während der starke umfängliche Strom auf die Notwendigkeit sehr unterschiedlicher Maßnahmen von den Vorderkanten und Hinterkanten der Stäbe hindeutet. Ein wichtiges, durch einfaches Vorsehen einfacher Querschnittsformen für die Drähte, welche die Stäbe ersetzen würden, und durch das Erzeugen eines symmetrischen Oberflächenmerkmals nicht adressiertes Problem ist der Bedarf, die plötzliche Abwärtsstufe auf der stromabwärts liegenden Seite dieser Drähte zu eliminieren. Die plötzliche Stufe auf der stromabwärts gelegenen Seite führt zur Erzeugung eines gebundenen Wirbels oder Rückströmzone und wiederum zur Möglichkeit eines erhöhten Leistungsverbrauchs durch den Rotor und beschleunigten Verschleiß an den benachbarten stromabwärts gelegenen Drähten. Ein anderes wichtiges, üblicherweise nicht adressiertes Problem ist der Bedarf zum Erhalt einer plötzlichen Aufwärtsstufe mit einer scharfen Kante, um den Aufschlag und die Scherung zur Verfügung zu stellen, die wichtig für das Zerlegen der Pulpeflocken erscheinen.
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Ein anderes zu beachtendes Problem ist die praktische Lebenszeit jeder Drahtform, die als Ersatz für die Stäbe beabsichtigt ist. Der Bedarf nach einem Aufwärtsschritt mit einer scharfen Kante nebst dem Vorhandensein der vorgenannten abrasiven Verunreinigungen kann zu einem schnellen Verschleiß des Stabes führen und begünstigt einen anschließenden Leistungsabfall. Hartverchromen und alternative verschleißfeste Oberflächenbehandlungen wurden bei Zylindern traditionell angewandt, um den Verschleiß zu minimieren und die Lebenszeit zu verlängern. Zusätzlich wurden die Stäbe manchmal aus Materialien gefertigt, die in Anbetracht des besonderen Umfelds hohen Verschleißes der Stäbe verschleißfester sind als die für die Drähte verwendeten Materialien.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Nachteile zu minimieren und einen verbesserten Siebzylinder bereitzustellen.
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Es ist auch ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen einfach herzustellenden und zusammenzusetzenden Siebzylinder mit einer minimalen Anzahl an Fertigungsschritten zur Verfügung zu stellen, und vorzugsweise ein einziges Fertigungsverfahren zum Anbringen von Drähten unterschiedlicher Zwecke an der Zylinderstruktur.
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Es ist auch ein Ziel der vorliegenden Erfindung, den Bestand an Drähten und dazugehörigen Komponenten zu minimieren, die zur Herstellung unterschiedlicher Zylinder für unterschiedliche Anwendungen im Lager vorgehalten werden müssen, und so die Lagerkosten zu minimieren.
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Es ist auch ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die verschiedenen Herausforderungen bei der Pulpe-Grobsiebung und ähnlichen Siebanwendungen zu adressieren, welche den bereits beachtlichen Herausforderungen bei den üblichen Pulpe-Siebprozessen überlagert sind.
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Es ist auch ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Öffnungsfläche des Siebzylinders zu maximieren, indem die Schlitze nicht durch Schweißnähte blockiert werden, und durch, wo immer möglich, Vorsehen von funktionellen Öffnungen zwischen den Drähten, welche die Stäbe ersetzen.
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Es ist auch ein Ziel der vorliegenden Erfindung, dass die Drähte, welche die Stäbe ersetzen, an verschleißfeste Technologien, wie etwa Spezialüberzüge oder die Verwendung von alternativen Drahtmaterialen anpassbar sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Zylinder aus einer Vielzahl von Drähten hergestellt, und umfasst umlaufende Abschnitte mit zumindest einem, normalerweise mehreren „Sieb-Drähten“, und umlaufende Abschnitte mit zumindest einem, normalerweise mehreren „Stab-Drähten“. Diese sogenannten „Stab-Drähte“ sind Drähte, die speziell dafür gedacht sind, die Maßnahmen der Stäbe nachzubilden und idealerweise zu verstärken, die bei herkömmlichen Stabsiebzylindern Verwendung fanden, wo Stäbe an die Oberfläche der Sieb-Drähte geschweißt wurden. Mehrere Stab-Drähte können in Serie angeordnet sein, mit der Absicht, eine allmählichere stromabwärts Abschrägung über die Ansammlung der Stab-Drähte hinweg, oder eine höhere Aufwärtsstufe auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Stab-Drahtabschnittes bereitzustellen. Alternativ könnte eine Sägezahn-Anordnung von Stab-Drähten verwendet werden, um eine vielschichtigere Maßnahme an der zu siebenden Pulpensuspension bereitzustellen. Die Verwendung mehrerer benachbarter Stab-Drähte kann sich auch aus dem Bedürfnis ergeben, in Anbetracht dessen, dass diese Stab-Drähte dem Einschlag von großen und harten Verunreinigungen ausgesetzt sind, eine stärkere Drahtstruktur zu erzeugen. Die Verwendung mehrerer Stab-Drähte anstelle eines einzigen Stab-Drahtes stellt ferner einen zusätzlichen Freiheitsgrad für Entwickler bereit, die nach einer Verwendung für einen existierenden Bestand an Drähten und Drahtformen suchen.
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Es ist am wünschenswertesten, dass das Verfahren zum Herstellen eines Siebzylinders gemäß der Erfindung im Wesentlichen dasselbe Verfahren zum Befestigen aller Sieb-Drähte und Stab-Drähte in der Siebzylinderstruktur anwendet. Allerdings kann eine zusätzliche Verstärkung, etwa mittels Schweißen dazu verwendet werden, entweder die Sieb-Drähte, Stab-Drähte oder beide zu befestigen. Die Stab-Drähte können demselben Drahtbestand wie die Sieb-Drähte entnommen werden. Es kann auch sein, dass ein Draht mit einer größeren Drahthöhe als der Sieb-Draht als Stab-Draht verwendet wird. Alternativ oder zusätzlich können Stab-Drähte in der Zylinderstruktur in einer Weise befestigt werden, die bestimmte Stab-Drähte relativ zu den benachbarten Sieb-Drähten erhöht. Demzufolge gäbe es unter den Sieb-Drähte und den Stab-Drähten eine Gemeinsamkeit, und insbesondere beim Fußteil der Drähte, das heißt gegenüber dem Ende der Drähte, welches der zu siebenden Pulpen zugewandt ist, wobei dieser Fußteil in die Nuten, Einschnitte oder Öffnungen im aufnehmenden Teil der Siebzylinderstruktur entsprechend der Wirkweise zum Sichern der Drähte an den Zylinder passen.
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Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass die Oberfläche der Sieb-Drähte und der Stab-Drähte, welche der zu siebenden Pulpe zugewandt sind, beim umfänglichen Überstreichen überwiegend unsymmetrisch sind. Diese Unsymmetrie kann so durch Abwechseln der Querschnittsformen der Sieb-Drähte und der Stab-Drähte erzeugt werden, oder durch Neigen der Sieb-Drähte oder Stab-Drähte, oder durch eine Kombination dieser Maßnahmen. Die Unsymmetrie erzeugt so eine Orientierung bezüglich des umfänglichen Stroms. Die Oberfläche zumindest eines der Stab-Drähte in jedem Stab-Draht-Umfangsabschnitts weist eine zu den Oberflächen der Mehrzahl der Sieb-Drähte umgekehrte Ausrichtungen auf.
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Am Üblichsten ist es, dass die Spitzen oder Gipfel zumindest einiger der Stab-Drähte gegen den Spitzen der Mehrzahl der Sieb-Drähte erhöht ist.
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Auch haben die Spitzen der Stab-Drähte eine scharfe Vorderkante, die gegebenenfalls aus einem verschleißfesten Material gemacht ist oder mit einem verschleißfesten Überzug versehen ist.
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Die Kombination dieser Effekte ermöglicht eine relativ plötzliche Aufwärtsstufe an der stromaufwärts gelegenen Seite des Stab-Draht-Abschnittes, und eine im Allgemeinen abgeschrägte stromabwärts gelegene Seite des Stab-Draht-Abschnittes zur Vermeidung einer Bildung einer Rückströmzone unmittelbar stromabwärts vom Stab-Draht-Abschnitt, wo beschleunigter Verschleiß und unwirtschaftlicher Energieverlust auftreten kann.
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Die kennzeichnenden Merkmale des Siebzylinders der vorliegenden Erfindung werden aus den beiliegenden Patentansprüchen deutlich.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Im Folgendem wird der Siebzylinder in einer detaillierteren Weise unter Bezugnahme der beiliegenden Zeichnungen erläutert, von welchen:
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1 zeigt schematisch einen Draht-Siebzylinder aus dem Stand der Technik;
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2 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Siebzylinders aus dem Stand der Technik mit den unsymmetrischen Siebdrähten und -konturen und dem umfänglichen Strom, der durch den Rotor hervorgerufen wird;
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3 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Siebzylinders aus dem Stand der Technik mit einem an der Mehrzahl von Sieb-Drähten angebrachten Stab;
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4 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Siebzylinders gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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5 zeigt schematisch und in vergrößerter Form einen Abschnitt eines Siebzylinders gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6 zeigt schematisch einen Abschnitt eines bekannten Siebzylinders, der gewöhnlicherweise zur Filtration verwendet wird und aus symmetrischen Sieb-Drähten und einem dazwischenliegenden symmetrischen Stab-Draht gebildet wird;
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7 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Siebzylinders gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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8 zeigt unterschiedliche Alternativen für den Querschnitt der Sieb-Drähte oder Stab-Drähte, die bei der vorliegenden Erfindung Verwendung finden;
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9 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Siebzylinders gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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10 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Siebzylinders gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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11 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Siebzylinders gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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12 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Siebzylinders gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Die 1 zeigt in einer sehr schematischen und vereinfachten Weise einen Spalt-Siebkorb 10 aus dem Stand der Technik, der um eine zentrale Achse 12 umläuft. Die Endringe, oder die Kopf- und Fuß-Ringe des Siebzylinders sind mit 14 bzw. 16 gekennzeichnet. Drei Tragelemente, hier Ringe 18 sind gezeigt, aber typischer sind viele solcher Tragelemente 18 vorhanden, die axial voneinander beabstandet sind. Der bekannte Siebzylinder 10 ist aus im Wesentlichen axial orientierten Siebdrähten 20 gebildet, welche die sogenannten „Keil-Drähte“ sind. Ursprünglich ähnelte der hauptsächlich dreieckige Drahtquerschnitt einem Keil und tut dies oftmals noch immer. Diese Siebdrähte sind an Tragstrukturen 18 angebracht und andererseits an ihren axialen Enden entweder direkt oder mittels der äußersten Tragringe an den Endringen 14 und 16, die an gegenüberliegenden Enden des Siebzylinders 10 angeordnet sind. Es ist zu beachten, dass in dieser schematischen Zeichnung die Siebdrähte 20 nicht detailliert oder maßstabsgetreu gezeichnet sind und nur ein paar der Siebdrähte gezeigt sind, wobei ein normaler Siebzylinder eine Vielzahl von Siebdrähten aufweisen würde, die sich im Wesentlichen um den vollen Umfang des Siebzylinders erstrecken. Meistens ist der Keildraht-Siebzylinder 10 vom sogenannten „Ausfluss“-Typ wie in der 1. Dies bedeutet, dass die der zu siebenden Pulpensuspension zugewandte Sieboberfläche die innere Oberfläche des Siebzylinders 10 ist und der Fluss der gesiebten Pulpe radial nach außen durch die Zylinderöffnungen verläuft. Um diesen Betrieb zu ermöglichen, sind die Siebdrähte normalerweise am radial innwärtigen Rand der Tragelemente, das heißt in diesem Fall der Tragringe 18 angebracht. Allerdings sind sogenannte „Einfluss“-Typen von Keildraht-Siebzylindern ebenfalls bekannt, wobei die der zu siebenden Pulpensuspension zugewandte Sieboberfläche die äußere Oberfläche des Siebzylinders 10 ist und der gesiebte Strom radial nach innen durch die Zylinderöffnungen verläuft. Sowohl bei der Ausfluss-Anordnung als auch der Einfluss-Anordnung sind Elemente der Tragstruktur, in diesem Fall der Tragringe 18 entlang der Länge der Siebdrähte 20 in einer Weise angeordnet, dass der axiale Abstand zwischen den Tragringen 18 in Abhängigkeit der Größe und der Anwendung des Siebzylinders 10 ungefähr 20 bis 100 mm beträgt.
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Die 2 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Siebzylinders 10 aus dem Stand der Technik, der unsymmetrische Siebdrähte 20 mit unsymmetrischen Konturen und einem umfänglichen Strom F aufweist, der durch den Rotor, im Speziellen durch die Rotorfläche 24 hervorgerufen wird. Der Abstand zwischen den benachbarten Siebdrähten 20 legt die Siebzylinderöffnungen oder Siebschlitze 22 fest. Die Schlitzweite ist normalerweise in Abhängigkeit der Verwendung des Siebzylinders 10 auf einen bestimmten Wert im Bereich von 0,10 bis 0,30 mm festgelegt. In Grobsieb-Anwendungen können jedoch Schlitzweiten im Bereich von 0,80 mm Verwendung finden. Umgekehrt könnten zukünftige Auslegungs- und Herstellungsverbesserungen Schlitzweiten von weniger als 0,10 mm praktikabel machen. Eine gewöhnlich Art zum Befestigen und ordentlichen Positionieren der Siebdrähte 20 an den Tragelementen oder Tragringen 18 ist es, Quernuten oder Ausnehmungen oder Öffnungen in den Tragelementen 18 vorzusehen, wo die Siebdrähte 20 eingesetzt werden. Die Siebdrähte 20 können ein Merkmal am zuvor erwähnten Fußteil des Drahtes aufweisen, wobei dieses Fußteil-Merkmal in die Nuten, Ausnehmungen oder Öffnungen passt. Ein weiterer Herstellungsschritt wie etwa Schweißen, Kleben, Löten, Verbolzen oder Verklemmen wird üblicherweise durchgeführt, nachdem die Drähte 20 in den Drahtelementen 18 installiert sind, um die Drähte noch sicherer anzubringen, und insbesondere, um jegliche axiale Bewegung der Drähte zu verhindern. Die Tragelemente 18 können einen einfachen rechteckigen Querschnitt aufweisen, oder aber sie haben eine komplexere Form, um etwa Einklemmen oder Verbolzen zu begünstigen. Die Siebdrähte 20 können in die Tragelemente 18 installiert werden, während die Tragelemente eine runde Form haben, das heißt als ein Tragring ausgeschaltet sind. Alternativ können die Siebdrähte 20 in den Tragelementen 18 installiert sein, während die Tragelemente flach sind und diese zusammengefügte Matte aus Siebdrähten 20 und Tragelementen 18 dann zu einem Zylinder geformt wird.
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Die
3 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Siebzylinders
10 aus dem Stand der Technik (
US 5,472,095 ) mit Stäben
26, die an der Vielzahl von Siebdrähten
20 angebracht sind und insbesondere an der Oberfläche des Siebzylinders, welche der zu siebenden Pulpensuspension zugewandt ist. Die Stäbe
26 erstrecken sich über die gesamte Länge des Zylinders
10, obwohl nur ein kleiner Abschnitt des Zylinders in der
3 gezeigt ist. Die Stäbe sind entweder parallel zur Zylinderachse
12 und somit parallel zu den Siebdrähten
20 ausgerichtet, oder wie in der
3 gezeigt ist, in einem relativ kleinen Winkel zur Zylinderachse. Es sind um eine Vielzahl weniger Stäbe
26 als Zylinderdrähte
20 vorhanden. Die Stäbe
26 haben normalerweise einen rechteckigen Querschnitt. Sie können an Zylinder angebracht werden, die aus einer Vielzahl von Drähten gefertigt sind, entweder durch Anbringen der Stäbe an der Oberfläche der Drähte, welche der zu siebenden Pulpe zugewandt ist, oder durch Installieren der Stäbe auf Drähten, welche zur Aufnahme der Stäbe modifiziert wurden, oder anstelle bestimmter Drähte. Der geläufigste Ansatz jedoch ist es, die Stäbe dadurch zu installieren, indem sie auf die Oberfläche der Stäbe geschweißt werden, welche der zu siebenden Pulpe zugewandt ist, und zwar entweder unter Verwendung einer Kehlnahtschweißung oder einer Stichnahtschweißung entlang der Seiten des Stabes, die sich mehr oder weniger axial erstrecken.
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Die
4 zeigt schematisch einen Abschnitt
100 eines Siebzylinders gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorzuliegenden Erfindung. Der Siebzylinder
100 ist aus einer Vielzahl von Drahtabschnitten gefertigt, welche eine Vielzahl von Siebdrahtabschnitten und einer Vielzahl von Stabdrahtabschnitten (gezeigt in den
4 bis
12) beinhaltet. Jeder Siebdrahtabschnitt ist aus zumindest einem und vorzugsweise einer Vielzahl von Siebdrähten
30 gebildet. Die Stabdrahtabschnitte umfassen zumindest einen (gezeigt in den
4,
5,
7), normalerweise mehrere (gezeigt in den
9 bis
12) Stabdrähte
32. Die Siebdrähte und Stabdrähte sind an der Tragstruktur
34 befestigt. Hier ist die Tragstruktur aus einer Vielzahlt von Tragringen
34 gebildet, welche mit Quernuten
36 versehen sind, in welche der Fuß
38 jedes der Siebdrähte
30 und jedes der Stabdrähte
32 eingesetzt ist. Die Tragstruktur kann, neben Tragringen und je nachdem welche Bauart für Keildrähte geeignet ist, auch etwa ein Skelett (
CA-A1-2609881 ) sein oder eine Rahmenzylinderkonstruktion (
US-B2-6,915,901 ), an welche die Keildrähte entweder direkt angebracht oder mittels der Tragringe getragen werden.
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Ein wesentliches Merkmal des Siebzylinders der vorliegenden Erfindung ist, wie in den 4, 5 und 7 gezeigt ist, dass die Mehrzahl der Siebdrähte 30, 130 und der Stabdrähte 32, 132 unsymmetrische (bezüglich einer radialen Mittelebene) Drahtkopfoberflächen 40, 140 und 42, 142 haben, im Gegensatz zu bekannten, in der 6 gezeigten Siebzylindern, wo die Kopfoberflächen bzgl. einer radialen Mittelebene symmetrisch sind. Der Drahtkopf wird hier als der Teil des Drahtes definiert, welcher oberhalb einer Linie ist, die den Eingang zu den Öffnungen auf jeder Seite des Drahtes verbindet. Die Öffnungen wiederum werden definiert als der Ort des geringsten Spaltes zwischen benachbarten Drähten.
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Die Drahtkopfoberfläche kann durch den sich veränderten Radius bzgl. der zentralen Achse 12 (in der 1 gezeigt) des Siebzylinders definiert werden, wenn man umfänglich entlang der Oberfläche von einer Öffnung zur nächsten wandert. Unterschiedliche Drahtformen führen zu unterschiedlichen Radiusveränderungen, wobei der Radius augenblicklich zunimmt, abnimmt, oder konstant bleibt, während eine Spur umfänglich gezeichnet wird. Für eine symmetrische Drahtoberfläche sind die Werte des Radius bezüglich des Ortes der Schlitze dieselben, egal, ob man im oder gegen den Uhrzeigersinn entlang der Oberfläche wandert. Bei einer unsymmetrischen Oberfläche sind die Werte nicht unabhängig von der Bewegungsrichtung, zumindest nicht für die gesamte Breite des Drahtes.
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Die Unsymmetrie der Siebdrähte 30 und Stabdrähte 32 wird im Radius der verschiedenen Teile der Kopfoberflächen 40 und 42 ausdrückt. Der Radius wird normalerweise von der Achse des Siebzylinders aus gemessen. Hier ist in der 4 ein Einfluss-Siebzylinder gezeigt, das heißt ein Siebzylinder, wo die zu siebende Pulpe der Außenseite des Siebzylinders zugeführt wird und das Filtrat die Zylinderschlitze in einer Richtung zur Zylinderachse hin passiert. So hat der Siebdraht 30 zwei Radien, zwischen welchen der Siebdraht sitzt, das heißt einen Fußradius Rfs und einen Radius Rps des Spitzenumfangs, das heißt der Radius des Punktes oder der Spitze 40p an der Kopfoberfläche 40, der oder die am weitesten vom Fuß 38 entfernt ist. In entsprechender Weise hat der Stabdraht 32 zwei Radien, zwischen welchen der Stabdraht sitz, das heißt einen Fußradius Rfb (hier ist er zufälligerweise genauso groß wie der Fußradius Rfs des Siebdrahtes, aber der Rfb kann auch entweder kleiner oder größer sein als Rfs), und einen Radius Rpb des Spitzenumfangs, das heißt der Radius des Punktes oder Spitze 42b an der Kopfoberfläche 42, der oder die am weitesten vom Fuß 38 entfernt ist.
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Was den Siebdraht 30 betrifft, so hat er an seiner Kopfoberfläche einen umfänglichen Mittelpunkt Mps, das heißt einen Punkt, der festgelegt wird, indem man einen umfänglichen Bogen zwischen den Eingängen zu zwei benachbarten Öffnungen (definiert eine umfängliche Breite eines Drahtes auf der Eingangsebene) zeichnet, und dazu eine Mittelsenkrechte zeichnet, wodurch der umfängliche Mittelpunkt der Schnittpunkt der Mittelsenkrechten mit der Kopfoberfläche 40 ist. Der Mittelpunkt Mps teilt die Kopfoberfläche 40 in zwei Teile. Einen ersten Oberflächenteil 40l und einen zweiten Oberflächenteil 40t. Der erste Oberflächenteil 40l kann auch als vorderer Oberflächenteil bezeichnet werden, da es der erste Oberflächenteil ist, welcher den Strom der Pulpe oder Fasersuspension empfängt. Der zweite Oberflächenteil 40t kann auch als hinter Oberflächenteil bezeichnet werden, da er der Oberflächenteil ist, der es dem Strom der Pulpe oder Fasersuspension ermöglicht, von oberhalb des Siebdrahtes abzugehen. In einer speziellen Ausführungsform ist bei Betrachtung eines Ausfluss-Siebes der durchschnittliche Radius des ersten Oberflächenteils 40l des Siebdrahtes 30 größer als jener des zweiten Oberflächenteils, das heißt des hinteren Oberflächenteils 40t der Kopfoberfläche 40. In einer anderen speziellen Ausführungsform ist bei Betrachtung eines Einfluss-Siebes der durchschnittliche Radius des ersten Oberflächenteils 40l des Siebdrahtes 30 geringer als jener des zweiten Oberflächenteils, das heißt des hinteren Oberflächenteils 40t der Kopfoberfläche 40.
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Was den Stabdraht 32 betrifft, so hat er an seiner Kopfoberfläche 42 einen umfänglichen Mittelpunkt Mpb, das heißt einen Punkt, der dadurch festgelegt wird, indem man einen umfänglichen Bogen zwischen dem Eingang zu zwei benachbarten Öffnungen (definieren eine umfängliche Breite eines Drahtes auf dem Niveau der Eingänge) zeichnet und eine Mittelsenkrechte hierzu zeichnet, wobei der umfängliche Mittelpunkt Mpb der Schnittpunkt der Mittelsenkrechten mit der Kopfoberfläche 42 ist. Der Mittelpunkt Mpb teilt die Kopfoberfläche 42 in zwei Teile: einen ersten Oberflächenteil 42l und einen zweiten Oberflächenteil 42t. Der erste Oberflächenteil 42l kann auch als vorderer Oberflächenteil bezeichnet werden, da es der erste Oberflächenteil ist, welcher den Strom der Pulpe oder Fasersuspension empfängt. Der zweite Oberflächenteil 42t kann auch als hinterer Oberflächenteil bezeichnet werden, da es der Oberflächenteil ist, welcher es dem Strom der Pulpe oder Fasersuspension ermöglicht, von oberhalb des Stabdrahtes abzugehen. In einer speziellen Ausführungsform ist bei Betrachtung eines Ausfluss-Siebes der durchschnittliche Radius des ersten Oberflächenteils 42l des Stabdrahtes 32 geringer als jener des zweiten Oberflächenteils, das heißt des hinteren Oberflächenteils 42t der Kopfoberfläche 42. In einer anderen speziellen Ausführungsform ist bei Betrachtung eines Einfluss-Siebes der durchschnittliche Radius des ersten Oberflächenteils 42l des Stabdrahtes 32 größer als jener des zweiten Oberflächenteils, das heißt des hinteren Oberflächenteils 42t der Kopfoberfläche 42.
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Ein anderes wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass die Spitze 40p des Siebdrahtes 30 im zweiten oder hinteren Oberflächenteil 40t davon ist, wohingegen die Spitze 42t des Stabdrahtes 42 im vorderen oder ersten Oberflächenteil 42l davon ist. Allerdings wird/werden im Falle, dass die Spitze(n) des Siebdrahtes und/oder Stabdrahtes am Mittelpunkt Mps und/oder Mpb ist/sind, die Spitze(n) als im oben erwähnten Oberflächenteil befindlich betrachtet. In einem solchen Fall definiert der durchschnittliche Radius des in Frage stehenden Oberflächenteils aber normalerweise die notwendige Unsymmetrie des Siebdrahtes oder Stabdrahtes, wie in den zwei unmittelbar voranstehenden Absätzen diskutiert wurde.
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Ein weiteres wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung wird in der 5 diskutiert, wo ein Stabdraht 32, zwei Siebdrähte 30 und eine Drehrichtung des Rotors mittels eines Pfeiles F gezeigt sind. Das hinsichtlich des Aufbrechens der Pulpeflocken wesentliche Merkmal ist die scharfe Vorderkante 42e des Stabdrahtes 32. Die Vorderkante 42e ist zwischen der Kopfoberfläche 42 und der Seitenoberfläche 42s des Stabdrahtes angeordnet. Die Seitenoberfläche 42s ist die Oberfläche am Drahtkopf, die an einer Seite der Kopfoberfläche angeordnet ist und im Betrieb dem Strom der Pulpensuspension zugewandt ist. Die Vorderkante 42e könnte völlig scharf sein, hat aber in der Praxis aus Fertigungsgründen stets einen kleinen Radius r, (oder die radiale Erstreckung einer Fase) normalerweise in der Größenordnung von einem Zehntel zu ein paar Zehntel eines Millimeters. Um die notwendige Schärfte der Vorderkante 42e zu definieren, wird die Dimension des Radius mit der radialen Höhe h1 verglichen, das heißt einem radialen Abstand zwischen den Spitzen 40p des Siebdrahtes 30 und der Spitze 42p des Stabdrahtes 32. Die Schärfe der Vorderkante 42e wird als der Radius r definiert, der höchstens die Hälfte der radialen Höhe h1 beträgt, vorzugsweise höchstens ein Viertel der radialen Höhe. Zusätzlich erfordert der ordnungsgemäße Betrieb der Stabdrähte 32, dass der Vorderteil 42t der Kopfoberfläche 42 des Stabdrahtes 32 von der Vorderkante 42l aus abgeschrägt ist. Um so bevorzugterweise, allerdings nicht notwendigerweise ein effizientes Aufbrechen der Faserflocken an der Vorderkante 42e zu garantieren, beträgt der Vorderkantenwinkel γ, das heißt der Winkel zwischen dem vorderen Teil 42l der Kopfoberfläche 42 und der Seitenoberfläche 42s des Stabdrahtes 32 zwischen 45 und 90°.
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Um klarzustellen, dass der gleiche Ansatz Drähte betrifft, welche einen symmetrischen Querschnitt haben, wurden die 6 und 7 skizziert. Die 6 zeigt schematisch einen Abschnitt eines bekannten Siebzylinders einer zur Filtration verwendeten Bauart mit symmetrischen Siebdrähten und einem symmetrischen Strabdraht dazwischen. Da sowohl die Siebdrähte als auch der Stabdraht an der Tragstruktur so angebracht wurden, dass ihre Mittelebene, das heißt die Symmetrieebene (gezeigt durch vertikale Linien) radial verläuft, ist die der zu siebenden Pulpe zugewandte Sieboberfläche flach, das heißt nicht konturiert, mit der Ausnahme, dass der Stabdraht vom Niveau der Siebdrähte abgehoben ist. Allerdings leitet, da die Kopfoberfläche des Stabdrahtes nun nicht abgeschrägt ist, die Kopfoberfläche des Stabdrahtes den Großteil des Stromes am ersten, unmittelbar auf den Stabdraht folgenden Siebschlitz vorbei und erzeugt zusätzlich ein starkes Turbulenzfeld, welches den ersten, stromabwärts vom Stabdraht gelegenen Siebdraht einem starken Verschleiß aussetzt.
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In der 7 ist ein Abschnitt eines Siebzylinders gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch gezeigt. Hier haben die Siebdrähte 130 und der Stabdraht 132 wiederrum einen symmetrischen Querschnitt, da die Symmetrieachse oder -ebene (durch geneigte Linien gezeigt) aber nicht in radialer Richtung verlaufen, das heißt, dass die Drähte 130 und 132 an der Tragstruktur 34 in einer geneigten Position installiert sind, hat die Sieboberfläche eine Kontur. Da die Siebdrähte 130 nun nach rechts geneigt sind und der Stabdraht 132 nach links geneigt ist, das heißt in die entgegengesetzte oder umgekehrte Richtung relativ zu den Siebdrähten, wird eine plötzliche Aufwärtsstufe in der Flussrichtung F erzeugt. Auch bei dieser Ausführungsform haben die Köpfe der Siebdrähte 130 einen umfänglichen Mittelpunkt Mps, einen ersten oder vorderen Oberflächenteil 140l und einen zweiten oder hinteren Oberflächenteil 140t. In entsprechender Weise haben die Köpfe der Stabdrähte 132 einen umfänglichen Mittelpunkt Mpb, einen ersten oder vorderen Oberflächenteil 142l und einen zweiten oder hinteren Oberflächenteil 142t. So ist gemäß der vorliegenden Erfindung die Spitze der Siebdrähte 130 im hinteren oder zweiten Oberflächenteil 140t, wohingegen die Spitze des Stabdrahtes 132 im ersten oder vorderen Oberflächenteil 142l angeordnet ist.
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In der 8 sind ein paar Querschnitte vom Siebdrähten oder Stabdrähten mit Mittelebene gezeigt. Die drei ersten Drähte von links sind nicht symmetrisch in Bezug auf die Mittelebene des Drahtes, wohingegen der äußerst rechte Draht symmetrisch ist (was bei Inbetriebnahme eine Neigung erfordert). Ein paar Merkmale sind allen Varianten der Stabdrähte gemein. Zunächst ist der zweite oder hintere Oberflächenteil der Kopfoberfläche des Stabdrahtes, das heißt der Oberflächenteil links von der vertikalen, die Mittellinie des Drahtes darstellenden Linie, vom ersten oder vorderen Oberflächenteil der Kopfoberfläche zur durch die horizontale Linie dargestellten Tragstruktur hin geneigt. Der Neigungswinkel, das heißt der Winkel in einer radialen Ebene zwischen der zweiten oder hinteren Oberfläche und der Umfangsrichtung liegt vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise in der Größenordnung zwischen 15 und 45°, weiter bevorzugt zwischen 15 und 35°. Zweitens ist die Spitze der Kopfoberfläche des Stabdrahtes im ersten oder vorderen Oberflächenteil des Stabdrahtes angeordnet. Drittens ist die Vorderkante zwischen dem ersten oder vorderen Oberflächenteil der Kopfoberfläche des Stabdrahtes und der Seitenoberfläche scharf, jedoch aus Herstellungsgründen abgerundet (oder abgefast). Und viertens kann die Spitze jedoch von der Seitenoberfläche beabstandet angeordnet sein, wie durch den äußerst linken Stabdraht gezeigt wird, oder der erste oder vordere Oberflächenteil der Kopfoberfläche kann flach sein, das heißt in umfänglichen Richtung positioniert sein, also in einer Richtung, die senkrecht zu der Mittelebene des Stabdrahtes ist. Die zweite Variante ist in gewisser Hinsicht eine bevorzugte, da sie mehr zu verschleißendes Stabdrahtmaterial bietet, das heißt die Lebenszeit des Stabdrahtes und des gesamten Siebzylinders erhöht. So wird klar, dass alle sowohl offenbarten als auch nicht-offenbarten nicht-symmetrischen Drahtquerschnitte in der Erfindung sowohl in geneigter als auch nicht-geneigter (Mittellinie in radialer Richtung) Konfiguration eingesetzt werden können, und dass all jene Drähte, die einen symmetrischen Querschnitt zu ihrer Mittelinienebene aufweisen, in einer geneigten Position angeordnet sein können, um die Anforderungen der vorliegenden Erfindung zu erfüllen. Ferner können die Querschnitte der Siebdrähte und der Stabdrähte eines Siebzylinders gleich sein, aber es ist auch möglich, unterschiedliche Querschnitte zu verwenden.
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Wie oben in Verbindung mit den 4, 5 und 7 diskutiert wurde, ist die Unsymmetrie der Kontur der Stabdrähte 32/132 gegenläufig oder in einer umgekehrten Orientierung zu jener der geläufigeren Siebdrähte 30/132, das heißt der vordere oder erste Oberflächenteil 42l/142l der Kopfoberfläche 42/142 befindet sich in einem kürzeren radialen Durchschnittsabstand von der Achse des Siebzylinders eines Ausfluss-Siebzylinders, als der hintere oder zweite Oberflächenteil 42t/142t der Kopfoberfläche 42/142 dieses typischen Beispiels. Bei einem Einfluss-Zylinder befindet sich der vordere oder erste Oberflächenteil 42l/142l der Kopfoberfläche 42/142 in einem größeren radialen Durchschnittsabstand von der Achse des Siebzylinders als der zweite oder hintere Oberflächenteil 42t/142t der Kopfoberfläche 42/142.
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So ist die Spitze 42p der Kopfoberfläche 42/142, das heißt der höchste Teil oder Punkt davon, im vorderen Oberflächenteil 42l/142l der Kopfoberfläche 42/142 angeordnet. Und mit allgemeinen Worten ausgedrückt haben die Stabdrähte 32/132 eine umgekehrte Ausrichtung als die geläufigeren Siebdrähte 30/130. Die obige „umgekehrte Ausrichtung“ bedeutet, dass die Siebdrähte an ihrem Kopf, das heißt von der Tragstruktur weg weisenden Oberfläche eine geneigte Abschrägung, die im Allgemeinen dem auftreffenden Strom der Pulpensuspension entlang der Sieboberfläche für die speziellen in 4, 5 und 7 gezeigten Drahtformen zugewandt ist, wohingegen die Stabdrähte an ihrer von der Tragstruktur weg weisenden Kopfoberfläche eine durchschnittliche geneigte Schrägung haben, die vom auftreffenden Strom der Pulpensuspension entlang der Sieboberfläche weg weist. Mit anderen Worten öffnet der durchschnittliche Neigungswinkel α der Siebdrähte in Richtung des Pulpenstroms entlang der Sieboberfläche, wohingegen der durchschnittliche Neigungswinkel β der Stabdrähte entgegen der Richtung des Pulpenstroms öffnet, das heißt die durchschnittlichen Neigungswinkel α und β der Siebdrähte bzw. der Stabdrähte öffnen bei den speziellen in den 4, 5 und 7 gezeigten Drahtformen in entgegengesetzten Richtungen.
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Der vordere Teil 42l der Kopfoberfläche 42 des Stabdrahtes 32 schließt bei der speziellen in der 4 gezeigten Drahtform in einem bevorzugten aber nicht notwendigen Winkel γ zwischen 45 und 90°, vorzugsweise zwischen 60 und 85°, an eine Seitenfläche 42s des Kopfes 42 an (unter Nichtbeachtung der Rundung oder Fase). Die Seitenoberfläche 42s nimmt vorzugsweise einen Winkel zwischen 70 und 110° zur durch den Strom F dargestellten Umfangsrichtung, oder einen Winkel von ±20° zur durch die Zylinderachse festgelegten Radialebene des Stabdrahtes 32 ein.
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Mittels dieser Konfiguration des Kopfes 42 des Stabdrahtes 32 trifft der Strom der Pulpensuspension in der Richtung F auf die Seitenfläche 42s, was eine wesentlich aggressivere mechanische Reaktion hervorruft als jeder Siebdraht 30. Der Stabdraht 32 erzeugt mit seiner Seitenoberfläche 42s, seiner Vorderkante 42e und dem vorderen Oberflächenteil 42l Großturbulenzen, Scherkräfte und Partikelaufschläge, und stellt somit eine unterschiedliche und ergänzende Funktion zur Funktion der geläufigeren Siebdrahtkonturen bereit.
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Die 9 bis 12 zeigen schematisch Siebzylinderauslegungen anderer bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wobei ein Stabdrahtabschnitt umfassend mehrere in Serie angeordneter Stabdrähte 32, inmitten der geläufigeren Siebdrähte 30 der Siebdrahtabschnitte angeordnet ist. Die Stabdrahtabschnitte, umfassend zumindest einen aber oftmals mehrere Stabdrähte 32 sind vorzugsweise aber nicht notwendigerweise gleichmäßig über den Siebzylinderumfang beabstandet. Der Anteil des durch die Stabdrähte eingenommenen Umfangs bewegt sich im Bereich von 1 bis 20 %, typischerweise zwischen 5 und 15 %. Die Absicht bei der Anordnung mehrerer Stabdrähte in Serie kann die Bereitstellung des Folgenden sein: a) eine Sägezahnanordnung für eine vielschichtigere Reaktion durch beispielsweise drei Stabdrähte 32, die in der gleichen Höhe zueinander angeordnet sind (9); b) eine allmählichere Abschrägung stromabwärts bei der Serie von Stabdrähten 32 (10); c) eine höhere Aufwärtsstufe an der stromaufwärts gelegenen Seite der Ansammlung von Stabdrähten 32 (11), wo der dritte (auf der rechten Seite) Stabdraht ebenso etwas höher in der Abfolge angeordnet sein könnte, wodurch sogar noch eine höhere Stufe erzeugt werden würde zwischen den Siebdrähten und dem vordersten (auf der rechten Seite) Stabdraht, oder d) eine Anordnung (12), wo der mittige Stabdraht im Stabdrahtabschnitt bzgl. der Siebdrähte 30 nicht umgekehrt wurde.
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Was die Dimensionierung der Stabdrähte betrifft, und im Speziellen die radiale Erhöhung h1 (5) der Stabdrahtspitze bezüglich der Spitze der Siebdrähte, beträgt die Erhöhung h1 zwischen 1 und 8 mm, vorzugsweise zwischen 1 und 6 mm, und weiter bevorzugt dazwischen 1 und 4 mm. Bei Bezugnahme auf die 4 und der dazugehörigen Diskussion kann die obige Erhöhung h1 als der Unterschied zwischen den Radien Rpb und Rps berechnet werden, das heißt Rpb–Rps (für ein Einfluss-Sieb) oder Rps–Rpb (für ein Ausfluss-Sieb).
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Die Verwendung von mehreren benachbarten Stabdrähten kann auch aus dem Bedürfnis entspringen, eine stärkere Tragstruktur zu erzeugen, angesichts dessen, dass die Stabdrähte dem Einschlag großer und harter Verunreinigungen ausgesetzt sein können. Die Verwendung mehrerer Stabdrähte anstelle eines einzelnen Stabdrahtes ermöglicht einen zusätzlichen Freiheitsgrad für Entwickler, die nach einer Möglichkeit für die Verwendung eines existierenden Bestandes von Drähten und Drahtformen suchen. Ungeachtet dessen, ob einer oder mehrere Stabdrähte in einem umfänglichen Abschnitt von Stabdrähten verwendet werden, ist eine überwiegende Anzahl der Siebdraht- und Stabdraht-Köpfe gleichfalls im Allgemeinen unsymmetrisch, wobei insbesondere zumindest einer der Stabdrahtköpfe im Stabdrahtabschnitt eine umgekehrte Ausrichtung zu den Siebdrahtköpfen hat. Alternativ können die Siebdrähte und Stabdrähte geneigt werden, allerdings mit demselben Endergebnis, nach welchem zumindest eine der Stabdrahtoberflächen eine gegenüber den Siebdrahtoberflächen umgekehrte Ausrichtung hat.
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Zusätzlich zur Lösung aller der vorgenannten Probleme mit der gegenwärtigen Auslegung eines Zylinders mit Stäben minimiert die vorgeschlagene Erfindung auch die notwendige Bevorratung von Drahttypen, da man einfach die Richtung eines Siebdrahtes umkehren kann, um einen Stabdraht zu erzeugen. Normalerweise ist es vorteilhaft, wenn die Stabdrähte größer in Erscheinung treten als die Siebdrähte, allerdings kann dies durch die folgenden Möglichkeiten oder Kombinationen davon erreicht werden: Zunächst kann in Fällen, wo unterschiedliche Drähte zur Bereitstellung unterschiedlicher Siebdraht-Konturtiefen für unterschiedliche Zylinder im Lager vorgehalten werden, ein größerer Draht mit einer höheren Konturtiefe zur Verwendung als Stabdraht ausgewählt werden. Zweitens würden in Fällen, wo unterschiedliche Konturtiefen durch Neigen der Drähte erzeugt werden, der Stabdraht sowohl umgekehrt als auch mit einem geringeren Grad an Neigung installiert werden. Schließlich können die Mittel zum Anbringen des Drahtes an der Tragstruktur modifiziert werden, um den Stabdraht höher in Erscheinung treten zu lassen. Beispielsweise würden, wo die Siebdrähte einschließlich der Stabdrähte in Nuten in einem Tragring installiert sind, die Nuten für die Stabdrähte in einer Position ausgebildet werden, welche näher zu der genuteten Kante des Tragrings ist, als für die Siebdrähte.
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Hartverchromen und alternative verschleißfeste Oberflächenbehandlungen wurden gewöhnlich zur Minimierung von Verschleiß und der Lebenszeitverlängerung an Zylindern angewandt. Zusätzlich wurden die Stäbe manchmal aus Materialien gefertigt, welche härter und verschleißfester sind, wie etwa StelliteTM, als der 316L rostfreie Stahl, der gewöhnlicherweise für die Stäbe im Hinblick auf das besonders verschleißintensive Umfeld der Stäbe verwendet wurde.
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Wie aus der obigen Beschreibung entnommen werden kann, wurde ein neuer Siebzylinder entwickelt, wobei zumindest einige der Nachteile der bekannten Siebzylinder ausgeräumt wurden. Obwohl die hierin beschriebene Erfindung mittels Beispielen in Verbindung mit dem beschrieben wurde, was gegenwärtig als bevorzugte Ausführungsformen erachtet wird, ist zu beachten, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern vielmehr beabsichtigt, verschiedene Kombination und/oder Modifikationen von Merkmalen und anderen Anwendungen im Rahmen des in den beiliegenden Ansprüchen definierten Erfindungshorizonts abzudecken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5255790 [0002]
- DE 19108129 U1 [0006]
- US 5472095 [0012, 0047]
- US 4846971 [0014]
- US 6131743 [0014]
- WO 103102297 A1 [0015]
- CA 2609881 A1 [0048]
- US 26915901 B2 [0048]
